Естественная
радиоактивность.
Методы
регистрации элементарных частиц.
Цели
урока:
Образовательная: углубить знания учащихся о структуре атома;
сформировать представление о радиоактивности, физической
природы α-, β-, γ-излучений.
Развивающая: способствовать формированию умения анализировать,
сравнивать,
обобщать факты, убежденности в знаниях в процессе применения полученных
знаний в различных ситуациях при решении задач.
Воспитательная: продолжить формирование основ диалектико-
материалистического мировоззрения учащихся.
Задачи
урока:
- Проследить
историю открытия радиоактивности, её физическую сущность.
- Знать процессы
α-, β-распада и γ-излучения.
- Усвоить правила
смещения.
- Иметь
представление о методах регистрации элементарных частиц.
Оборудование: медиа-лекция TeachPrо презентация к уроку
(Приложение 1), счетчик Гейгера, камера Вильсона.
Ход
урока.
- Орг.момент.
- Объяснение нового
материала.
Историческая
справка.
Сто
лет назад, в феврале 1896 года, французский физик Анри Беккерель обнаружил
самопроизвольное излучение солей урана 238U(слайд
№3). 26-27 февраля 1896 года Беккерель приготовил
несколько образцов кристаллов и прикрепил их к завернутым в бумагу фотопластинкам.
Однако в эти дни стояла пасмурная погода, и Беккерель решил отложить опыт. Он
считал, что ему необходим яркий солнечный свет. Пластинки были спрятаны в ящик
стола и пролежали там около трех дней.
Лишь
1 марта, Беккерель решил их проявить, ожидая в лучшем случае, увидеть слабые
изображения. Но все оказалось наоборот: изображения были очень четкими. Таким
образом, какое-то излучение испускалось солями урана безо всякого освещения
светом. Беккерель продолжил исследования солей урана, однако он не понимал
природы этого излучения.
Двумя
годами позднее, супруги Пьер и Мария Кюри, доказали, что аналогичным свойством
обладает химический элемент торий 232Th (слайд
№4). Затем они же открыли новые, ранее неизвестные
элементы – полоний 209Po и радий 226Ra.
Радий
– редкий элемент; чтобы получить 1
грамм чистого радия, надо переработать не менее 5 тонн урановой руды; его
радиоактивность в несколько миллионов раз выше радиоактивности урана.
Впоследствии
было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83
являются радиоактивными.
Супруги
Кюри, явление самопроизвольного излучения назвали радиоактивностью.
И
в 1903 году Эрнест Резерфорд проделав опыт обнаружил три пятна, от испускаемых
веществом трех лучей, которые отличаются друг от друга разной способностью
проникать сквозь вещества. Их назвали α-, β-лучами и γ-излучением (слайд
№5).
Итак,
сегодня на уроке нам предстоит познакомится с α-, β-лучами и γ-излучением.
Сейчас
предлагаю вам просмотреть медиа-лекцию и затем ответить на мои вопросы.( TeachPro Физика 7-11, глава Атомная физика, урок №8).
После
просмотра лекции, ребятам предлагаю ответить на следующие вопросы:
- Что представляют
собой α-лучи? (α-лучи – это поток частиц, представляющих собой ядра
гелия.)
- Что представляют
собой β-лучи? (β-лучи – это поток электронов, скорость которых близка к
скорости света в вакууме.)
- Что представляет
собой γ-излучение? (γ-излучение – это электромагнитное излучение,
частота которого превышает частоты рентгеновского излучения.)
- Что такое
радиоактивность? (самопроизвольное превращение одних атомных ядер в
другие называется естественной радиоактивностью.)
Превращение
атомных ядер сопровождается испусканием α-,β-лучей, которое называется α-,
β-распадом соответственно.
Эти
два распада подчиняются правилам смещения, которые впервые сформулировал
английский ученый Содди:
Ø
При α-распаде ядро теряет положительный заряд 2e и его масса убывает на 4 а.е.м. (слайд №6)
В
результате α-распада элемент смещается на две клетки к началу периодической
системы Менделеева:
Ø
При β-распаде из ядра вылетает электрон, что
увеличивает заряд ядра на 1. масса же остается почти неизменной. (слайд №7)
В
результате β-распада элемент смещается на одну клетку к концу периодической
таблицы Менделеева.
Ø
γ-излучение – не сопровождается изменением заряда;
масса же ядра меняется ничтожно мало. (слайд №8)
Далее
на уроке мы рассматриваем несколько примеров α- и β-распадов, после чего, я
предлагаю ребятам маленькую проверочную работу на 5-6 минут.
ВАРИАНТ
1.
1. Написать реакцию α-распада магния 22
12Mg .
2. Написать реакцию β-распада натрия 22 11Na .
-----------------------------------
ВАРИАНТ
2.
1. Написать реакцию α-распада урана 235 92U.
2. Написать реакцию β-распада плутония 239
94Pu .
-----------------------------------
ВАРИАНТ
3.
1. Написать реакцию α-распада радия 226 88Ra.
2. Написать реакцию β-распада свинца 209
82Pb.
-----------------------------------
ВАРИАНТ
4.
1. Написать реакцию α-распада серебра 107
47Аg.
2. Написать реакцию β-распада кюрия 247 96Cm .
------------------------------
ВАРИАНТ
5.
1. В результате
какого радиоактивного распада натрий
22 11Na превращается в магний 22 11Mg?
2. В результате
какого радиоактивного распада плутоний 23994Pu превращается в уран 235 92U?
После чего ребята
сдают свои работы и мы вместе решаем один из вариантов.
В
развитии знаний о «микромире», в частности в изучении явлений радиоактивности,
исключительную роль сыграли приборы, позволяющие регистрировать ничтожное
действие одной-единственной частицы атомных размеров.
В
настоящее время используется много различных методов регистрации заряженных
частиц (слайд №9). В зависимости от целей эксперимента и условий,
в которых он проводится, применяются следующие методы регистрации частиц:
- Счетчик
Гейгера. (слайд №10)
Действие
основано на ударной ионизации.
Вспомним, что такое ионизация?
Какие причины вызывают ионизацию?
Заряженная
частица, пролетающая
в газе, открывает у атома электрон и создает ионы и электроны. Электрическое поле между анодом и
катодом ускоряет электроны до энергии, при которой начинается ударная
ионизация.
Чтобы
счетчик Гейгера мог регистрировать каждую попадающую в него частицу, надо своевременно
прекращать лавинный разряд. Быстрое гашение разряда можно достичь примесями,
добавленными к инертному газу. Положительные ионы газа, сталкиваясь с молекулами
спирта, рекомбинируют в нейтральные атомы и теряют способность выбивать из катода электроны
(самогасящиеся счетчики). В других
счетчиках гашение разряда производят, подбирая определенное нагрузочное сопротивление с цепи счетчика: R = 109 Ом. Так, возникающий при самостоятельно разряде,
прохода через резистор, вызывает на нем большое падение напряжения, что приводит к быстрому
уменьшению напряжения
между анодом и катодом: лавинный разряд прекращается.
На электродах восстанавливается
начальное напряжение, и счетчик готов к регистрации
следующей частицы. Скорость счета равна 104 частиц в секунду.
Продемонстрировать
работу счетчика Гейгера.
Обратить
внимание на то, что этим методом можно лишь зарегистрировать частицу, а увидеть
след частицы невозможно.
- Камера
Вильсона. (слайд №11)
Действие
камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с
образованием капель воды. Если в геометрическом сосуде с парами воды или спирта происходит
резкое расширение газа (адиабатный процесс), температура убывает. И если в этот
момент через объем камеры пролетает заряженная частица, то на своем пути она создает ионы, на которых
образуются капельки сконденсировавшегося пара. Таким образом, частица
составляет за собой след (трек) в виде узкой полоски тумана. Этот трек можно
наблюдать или сфотографировать. По треку можно определить энергию и скорость
частицы. Если поместить камеру в магнитное поле, то по искривлению трека можно определить знак
заряда и его энергию, а по толщине трека - величину заряда и массу частицы.
Показать
работу камеры Вильсона.
В чем преимущество этого метода перед счетчиком Гейгера?
- Пузырьковая
камера. (слайд №12)
В 1952
г. Д. Глейзером для регистрации заряженных частиц, имеющих высокую энергию, была создана
пузырьковая камера. Принцип действия ее основан на том, что в перегретом состоянии чиста
жидкость, находясь под высоким давлением, не закипает при температуре выше точки кипения. Пузырьковая камера заполнена жидким водородом под
высоким давлением. При резком уменьшении
давления переводят жидкость в перегретое состояние. Если в это время в рабочий объем камеры попадает заряженная
частица, то она образует на своем
пути в жидкости цепочку ионов. В области пролета частицы жидкость закипает, появляются вдоль ее траектории мелкие пузырьки пара, которые являются треком этой частицы.
Преимущество
перед камерой Вильсона: пузырьковая камера может регистрировать частицы с
большей энергией, т.к. большая плотность рабочего вещества в пузырьковой
камере. Кроме того, по сравнению с камерой Вильсона пузырьковая камера обладает быстродействием.
Рабочий цикл равен 0,1 с.
- Метод
толстослойных фотоэмульсий. (слайд №13)
Этот
метод был разработан в 1928 г. физиками А.П. Ждановым и Л.В. Мысовским. Его сущность
заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации заряженных
частиц. Пролетающая сквозь фотоэмульсию быстрая заряженная частица действует на зерна бромистого серебра и образует скрытое
изображение. При проявлении фотопластинки образуется трек. После исследования
трека оценивается энергия и масса заряженной частицы.
Преимущество
метода: с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые
могут быть тщательно изучены.
Сегодня
широкое применение нашли полупроводниковые детекторы, регистрирующие α-, β-частицы и γ-излучения
3. Домашнее
задание: §99, 101, по §98 и используя свои знания, заполнить таблицу по
методам регистрации элементарных частиц. (слайд №14)
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.